計算機圖形學教學內(nèi)容

計算機圖形學真實感圖形繪制即根據(jù)假定的光照條件和景物外觀因素，依據(jù)一定的光照模型，計算可見面投射到觀察者眼中的光強度大小，并將它轉(zhuǎn)換成適合圖形設備的顏色值，生成投影畫面上每一個象素的光強度，使觀察者產(chǎn)生身臨其境的感覺。2023/1/132華中理工大學計算機學院陸楓99-7

基本概念：光強（度）：描述物體表面朝某方向輻射光的顏色，它既能表示光能大小又能表示其色彩組成的物理量。光照模型（Illuminationmodel），也稱明暗模型，主要用于物體表面某點處的光強度計算。簡單的光照模型復雜的光照明模型2023/1/133華中理工大學計算機學院陸楓99-710.1簡單光照模型簡單光照模型中只考慮反射光的作用反射光由環(huán)境光、漫反射光和鏡面反射光三部分組成2023/1/134華中理工大學計算機學院陸楓99-710.1.1環(huán)境光P點對環(huán)境光的反射強度為2023/1/135華中理工大學計算機學院陸楓99-710.1.2漫反射光2023/1/136華中理工大學計算機學院陸楓99-7

由Lambert余弦定理可得點P處漫反射光的強度為：2023/1/137華中理工大學計算機學院陸楓99-7

若L和N都已規(guī)格化為單位矢量，則：2023/1/138華中理工大學計算機學院陸楓99-7彩色：有多個點光源：2023/1/139華中理工大學計算機學院陸楓99-710.1.3鏡面反射光鏡面反射情況由Phong模型給出：2023/1/1310華中理工大學計算機學院陸楓99-7若R和V已規(guī)格化為單位矢量，則：

從視點觀察到物體上任一點P處的光強度I應為環(huán)境光反射光強度Ie、漫反射光強度Id以及鏡面反射光的光強度Is的總和：

2023/1/1311華中理工大學計算機學院陸楓99-710.1.4光強衰減一個常用的二次衰減函數(shù)可以表示為：2023/1/1312華中理工大學計算機學院陸楓99-710.1.5顏色為產(chǎn)生彩色的場景，要完成如下兩步：一是選擇一個合適的顏色模型；二是為顏色的三個分量分別建立光照模型。2023/1/1313華中理工大學計算機學院陸楓99-710.2基于簡單光照模型的多邊形繪制10.2.1恒定光強的多邊形繪制

只用一種顏色繪制整個多邊形：任取多邊形上一點，利用簡單光照模型計算出它的顏色，該顏色即是多邊形的顏色。2023/1/1314華中理工大學計算機學院陸楓99-710.2.2Gouraud明暗處理Gouraud明暗處理方法，又稱為亮度插值明暗處理，它通過對多邊形頂點顏色進行線性插值來繪制其內(nèi)部各點。用Gouraud明暗處理來進行多邊形繪制時需進行三個步驟： 1.計算每個多邊形頂點處的平均單位法矢量 2.對每個頂點根據(jù)簡單光照模型來計算其光強。 3.在多邊形表面上將頂點強度進行線性插值。2023/1/1315華中理工大學計算機學院陸楓99-710.2.3Phong明暗處理Phong明暗處理方法由PhongBuiTuong提出，又稱為法矢量插值明暗處理，它對多邊形頂點的法矢量進行插值以產(chǎn)生中間各點的法矢量。Phong明暗處理的基本步驟是： 1.計算每個多邊形頂點處的平均單位法矢量。 2.用雙線性插值方法求得多邊形內(nèi)部各點的法矢量。 3.最后按光照模型確定多邊形內(nèi)部各點的光強。2023/1/1316華中理工大學計算機學院陸楓99-710.3透明處理2023/1/1317華中理工大學計算機學院陸楓99-72023/1/1318華中理工大學計算機學院陸楓99-72023/1/1319華中理工大學計算機學院陸楓99-710.4產(chǎn)生陰影

從理論上來說，從視點以及從光源看過去都是可見的面不會落在陰影中，只有那些從視點看過去是可見的，而從光源看過去是不可見的面，肯定落在陰影之內(nèi)。2023/1/1320華中理工大學計算機學院陸楓99-710.5模擬景物表面細節(jié)顏色紋理：通過顏色色彩或明暗度的變化體現(xiàn)出來的表面細節(jié)。幾何紋理：由于不規(guī)則的細小凹凸造成的。顏色紋理取決于物體表面的光學屬性，而幾何紋理由物體表面的微觀幾何形狀決定。2023/1/1321華中理工大學計算機學院陸楓99-710.5.1用多邊形模擬表面細節(jié)

簡單地模擬景物表面細節(jié)的方法是用多邊形，稱為表面圖案多邊形，來模擬紋理的結(jié)構(gòu)和模式。2023/1/1322華中理工大學計算機學院陸楓99-710.5.2紋理的定義和映射2023/1/1323華中理工大學計算機學院陸楓99-72023/1/1324華中理工大學計算機學院陸楓99-710.5.3凹凸映射

1978年，Blinn提出了一種無需修改表面幾何模型，即能模擬表面凹凸不平效果的有效方法——凹凸映射技術(BumpMapping)。2023/1/1325華中理工大學計算機學院陸楓99-710.6整體光照模型與光線跟蹤10.6.1整體光照模型

能同時模擬光源和環(huán)境照明效果的光照模型稱為整體光照模型。整體光照模型的典型代表是Whitted模型及輻射度模型。2023/1/1326華中理工大學計算機學院陸楓99-710.6.2Whitted光照模型Whitted光照模型：2023/1/1327華中理工大學計算機學院陸楓99-710.6.2光線跟蹤算法2023/1/1328華中理工大學計算機學院陸楓99-72023/1/1329華中理工大學計算機學院陸楓99-710.6.3光線跟蹤反走樣將光線跟蹤算法與過采樣方式結(jié)合起來，可歸納如下：1.對每一象素的角點計算光線跟蹤的光強。2.比較象素四個角點的光強，確定要進行細分的象素。3.對細分后新增的角點計算光線跟蹤的光強。然后，重復2.和3.，直到各角點的光